2018 Fiscal Year Research-status Report
Superheavy Element Atomic Science Opened-up by the First Ionization Potential Measurements of Element 113, Nihonium
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18KK0086
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
佐藤 哲也 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (40370382)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 由太 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (30711501)
後藤 真一 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (70334646)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 超重元素 / 第一イオン化エネルギー / 相対論効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子番号が100を超える超重元素では、大きな中心電荷によって引き起こされる強い相対論効果により、その化学的性質が元素の周期律から逸脱する可能性が指摘されている。これらの元素は、重イオン核融合反応によって合成されるが、生成する同位体はすべて短寿命であり、生成率も非常に小さいため、化学的性質の研究にあたっては、一度に一個の原子しか取り扱えない。このような極限領域の元素を対象に、元素の化学的性質を特徴づける原子の電子配置に関する情報を得るため、最外殻電子の束縛エネルギーを直接反映する物理量である第一イオン化エネルギーの決定を目指す。
第一イオン化エネルギー決定には、表面電離イオン化あるいは電子衝撃イオン化におけるイオン化効率の第一イオン化エネルギー依存性を応用する。核反応によって合成した超重元素同位体を、エアロゾルガスジェット搬送法あるいはガスセル法によってイオン源へと導入し、このときのイオン化効率を測定する。
2018年度は、この実験装置開発の構築準備を進めるとともに、国際共同研究相手先であるスイス ポール・シェラー研究所（PSI) R.Eichlerグループリーダーおよびロシア ドゥブナ合同原子核研究所(JINR) N.Aksenovグループリーダーと装置形状に関する詳細な議論を進めた。その結果、超重元素イオン化にもちいる電子衝撃型イオン源として、EBGP（Electron Beam Generated Plasma)イオン源を採用することとし、基本設計を完了した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画で検討していたFEBIAD(Forced Electron Beam Induced Arc Discharge)型に変えて、電子衝撃型イオン源としてEBGP(Electron Beam Generated Plasma)型を採用した。プロトタイプの基本設計は既に完了し、イオン源構築に移ることが可能となったため、概ね順調に研究は進展していると言える。細部の最終調整の後、すみやかに装置構築に移行する。
イオン源への核反応生成物導入には、エアロゾルガスジェット搬送法並びにガスセル法の採用を進めている。2019年5月現在、エアロゾルガスジェット搬送法について、エアロダイナミックレンズを製作し、核反応生成物導入の最適条件の探索を進めている。現在のところ、レンズ出口から30 mm離れたところで、直径0.5mmφ程度までエアロゾル粒子ビームを収束できることを確かめた。これにより、イオン源への核反応生成物導入時のロスを低減させることが見込まれる。ガスセル法による導入に関しては、セルの基本設計について議論を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
EBGP型電子衝撃イオン源の基本設計は終了したので、細部の詳細な確認後、プロトタイプイオン源構築に移る。同イオン源は、最適動作条件を調べるため、原子力機構タンデム加速器に設定されているオンライン同位体分離器(ISOL)に装着する。構築したイオン源は、カリホルニウム252自発核分裂片線源を用いて、動作条件を詳細に検討した後、タンデム加速器からの重イオンビームにより合成した短寿命同位体を用いたオンライン実験により、その性能を評価する。
2019年度9月にロシアで開催されるMendeleev Congressでの招待講演の際に、国際共同研究相手先であるPSI R.Eichlerグループリーダー並びにJINR N.Aksenovグループリーダーと、ロシアSHEファクトリーでのオンライン実験に向けた詳細なスケジュールについて議論する予定である。
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| Causes of Carryover |
開発する電子衝撃型イオン源の方式として、当初予定していたFEBIAD型ではなくEBGP型を採用することとした。これは、EBGP型の方がより対応真空度に幅があるためで、本研究で採用するガスジェット搬送法およびガスセル法へのマッチングを考えた結果である。その設計変更のため、平成30年度の物品購入を共通物品に留めた結果、次年度使用額が生じた。
EBGP型イオン源の基礎設計は終了しており、この次年度使用額は、2019年度の交付額と合わせ、イオン源構築のための物品費と、構築したプロトタイプの動作試験に係る諸経費に使用する。
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